نسخة الفيديو النصية
يتحرك جسم بتأثير القوة الابتدائية 𝐹 التي تؤثر عليه بزاوية لأعلى، كما هو موضح في الشكل. يتبع الجسم حركة المقذوفات. أي التمثيلات البيانية الآتية يوضح التغير في طاقة وضع الجاذبية للجسم بين قذفه من الأرض وعودته إليها؟ A أم B أم C أم D؟
في هذا السؤال، مطلوب منا تحديد التمثيل البياني الذي يوضح توضيحًا صحيحًا التغير في طاقة وضع الجاذبية للجسم أثناء حركة المقذوفات.
دعونا نبدأ بالتفكير في الشكل الذي لدينا. في البداية يكون الجسم على الأرض. هذا يعني أن طاقة وضع الجاذبية الابتدائية للجسم تساوي صفرًا. تؤثر القوة بزاوية لأعلى. وبناء على ذلك، نعلم أن الجسم له سرعة ابتدائية أفقية وسرعة ابتدائية رأسية، وكل منهما لا يساوي صفرًا. يتبع الجسم حركة المقذوفات. ولذلك فهو يتسارع لأسفل بانتظام خلال حركته بفعل عجلة الجاذبية 𝑔. هذا يعني أن عجلة الجاذبية، التي تكون دائمًا لأسفل، تؤثر فقط على السرعة الرأسية. وتظل السرعة الأفقية ثابتة طوال الفترة الزمنية التي يكون خلالها المقذوف في الهواء؛ أي من بداية الحركة.
يبدأ المقذوف حركته بطاقة حركة ناتجة عن سرعته الابتدائية، ووفقًا لمبدأ حفظ الطاقة، إذا لم يكن هناك احتكاك في الهواء، فإن طاقة حركة الجسم تتحول إلى طاقة وضع جاذبية بالتزامن مع زيادة الارتفاع. تقل طاقة حركة الجسم في بداية الحركة نتيجة لانخفاض السرعة الرأسية، الذي تتسبب به عجلة الجاذبية 𝑔 المؤثرة لأسفل. وعندما تقل طاقة الحركة تزيد طاقة وضع الجاذبية. ويستمر حدوث ذلك حتى يصل الجسم إلى أقصى ارتفاع له؛ حيث تكون طاقة الحركة عند أدنى قيمة لها، وتكون طاقة وضع الجاذبية عند أقصى قيمة لها.
بعد ذلك، يبدأ الجسم في السقوط مرة أخرى باتجاه الأرض. ومن ثم تقل طاقة وضع الجاذبية وتتحول إلى طاقة حركة. والآن، بعد أن عرفنا كيف تتغير طاقة وضع الجاذبية بمرور الزمن، يمكننا تناول التمثيلات البيانية في خيارات الإجابة.
يوضح التمثيل البياني A أن طاقة وضع الجاذبية تزيد زيادة خطية وصولًا إلى أقصى قيمة لها ثم تنخفض انخفاضًا خطيًّا. لكن يمكننا التذكر أن طاقة الحركة تتناسب طرديًّا مع مربع السرعة. ونعلم أيضًا، وفقًا لمبدأ حفظ الطاقة، أنه إذا قلت طاقة حركة الجسم، فلا بد أن تزيد طاقة وضع الجاذبية للجسم بنفس المقدار. وهذا يعني أن طاقة وضع الجاذبية لا بد أن تتغير تربيعيًّا مع مرور الزمن بدلًا من التغير تغيرًا خطيًّا. وهكذا، يكون التمثيل البياني A غير صحيح.
يوضح التمثيل البياني B طاقة وضع جاذبية ابتدائية لا تساوي صفرًا، وتقل خطيًّا حتى تصل إلى أدنى قيمة لها، ثم تزيد خطيًّا. وهذا لا يصف التغير في طاقة وضع الجاذبية للجسم وصفًا صحيحًا. لهذا يمكننا قول إن التمثيل البياني B غير صحيح.
ننتقل الآن إلى التمثيل البياني C، وهو أيضًا يوضح طاقة وضع جاذبية ابتدائية لا تساوي صفرًا، وتقل حتى تصل إلى أدنى قيمة لها ثم تزيد مرة أخرى. وهذا ليس ما يحدث، ولذا فإن التمثيل البياني C غير صحيح.
يتبقى لدينا التمثيل البياني D، وهو يوضح أن طاقة الوضع تزيد زيادة خطية مع مرور الزمن حتى تصل إلى أقصى قيمة لها ثم تقل حتى يعود الجسم إلى الأرض. إذن، الإجابة الصحيحة هي التمثيل البياني D. التمثيل البياني D يوضح توضيحًا صحيحًا التغير في طاقة وضع الجاذبية للجسم بين قذفه من الأرض وعودته إليها.
